Allan Jefferson Santana Belati

50 Pages·2013·0.62 MB·Portuguese

Universidade Federal do Rio de Janeiro

Instituto de Química

Allan Jefferson Santana
Belati

AVALIAÇÃO DA AÇÃO INIBIDORA DE REJEITOS DA INDÚSTRIA DO CAFÉ
PARA CONTROLE DA CORROSÃO METÁLICA EM MEIO ÁCIDO

Rio de Janeiro

2015
AVALIAÇÃO DA AÇÃO INIBIDORA DE REJEITOS DA INDÚSTRIA DO CAFÉ
PARA CONTROLE DA CORROSÃO METÁLICA EM MEIO ÁCIDO

Projeto final apresentado ao Instituto de
Química da Universidade Federal do Rio
de Janeiro com objetivo de obtenção
de grau para conclusão do curso de
Química com Atribuições Tecnológicas.

Campo de Conhecimento: Química
Inorgânica

Orientadora: Profa. Eliane D’Elia

Rio de Janeiro

2015
AVALIAÇÃO DA AÇÃO INIBIDORA DE REJEITOS DA INDÚSTRIA DO CAFÉ
PARA CONTROLE DA CORROSÃO METÁLICA EM MEIO ÁCIDO

Projeto final apresentado ao Instituto de
Química da Universidade Federal do Rio
de Janeiro com objetivo de obtenção de
grau para conclusão do curso de Química
com Atribuições Tecnológicas.

Campo de Conhecimento: Química
Inorgânica

Data da aprovação: /__/

Banca Examinadora:

Prof. Eliane D’Elia
(DQI/IQ/UFRJ)

Prof. Vanessa Vasconcelos Torres
(IFRJ)

Prof. Daniel Perrone Moreira
(DBQ/IQ/UFRJ)

Rio de Janeiro

2015
Aos meus pais Ana Belati e George
Belati, os quais sempre se empenharam
para me garantir um ensino de
qualidade, e por me ensinarem a
valorizar o estudo.
AGRADECIMENTOS

A meus familiares e, em especial, à minha mãe Ana Belati e ao meu pai
George Belati, os quais sempre se empenharam imensamente para garantir um ensino de
qualidade para mim, enfrentando todas as adversidades. Sem seus esforços, teria
pouquíssimas condições de estudar em uma das melhores universidades do país, e talvez
hoje não estivesse aqui escrevendo esses agradecimentos. À minha tia Maria do Carmo
Belati, conhecida carinhosamente por tia Cotinha, a familiar mais presente após meus
pais, por sempre me tratar com carinho e sempre acreditar em mim.
Às minhas amigas de longa data Gabriela Mattos, Talitta Nunes, Thaize
Quiroga e Verônica Limoeiro, por estarem presentes em todas as etapas da minha vida,
pelas risadas e pelo companheirismo. Aos meus amigos de graduação Alex Queiroz, uma
das pessoas mais importantes para mim, e sem a qual o período na graduação certamente
não seria o mesmo, Cintia Legramanti, Marina Wajsenzon e Vinicius Kartnaller, um dos
meus melhores amigos, pelo companheirismo e pelos conselhos em muitas etapas nesse
período. Também, ao meu primo e amigo Danilo Santana; aos meus amigos, que conheci
durante o estágio, Camila Lima, Camila Tinoco e Renato Valério; aos meus amigos
Maurício Anjos, Natan Oliveira e Luiz Guilherme Couto, um dos meus melhores
amigos, que me ajudou imensamente nesse último ano; e aos meus amigos de laboratório
Alex Monteiro, Danielle Carvalho, Érica dos Santos, Gabrielle Borges, Kelly Ribeiro,
Michelle André, Patrícia Crisóstomo, Rafaela Trindade e Thaís Machado, pelas risadas,
pelos momentos de descontração e pelo aprendizado trocado.
A todos os professores que foram capazes de transmitir da melhor maneira
possível seu conhecimento e que foram imprescindíveis para que eu me tornasse um
profissional competente. Em especial aqueles que me orientaram durante os anos de
graduação: Elis Eleuthério e Eliane D’Elia, que proporcionaram oportunidades de
aprendizado e acreditaram no meu desempenho, enquanto estudante e pesquisador; e ao
professor Daniel Perrone, pela ajuda e pelo oferecimento dos materiais e aparelhagem
necessária na separação na fração de alto peso molecular, utilizada nesse estudo.
À ANP e à PETROBRÁS, pelo apoio financeiro nesse projeto final de curso.
Esse Trabalho de Conclusão de Curso foi realizado
com o apoio financeiro da ANP - Agência Nacional
do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis.
RESUMO

PROJETO FINAL DE CURSO

TÍTULO: AVALIAÇÃO DA AÇÃO INIBIDORA DE REJEITOS DA INDÚSTRIA DO
CAFÉ PARA CONTROLE DA CORROSÃO METÁLICA EM MEIO ÁCIDO

ALUNO: Allan Jefferson Santana Belati

ORIENTADORA: Eliane D’Elia, DQI – Instituto de Química – UFRJ.

É produzida no Brasil uma grande quantidade de café, tanto para consumo interno
quanto para exportação. Nessa grande quantidade, toda a casca do café é negligenciada,
uma vez que seu destino, como alimentação de bovinos, é limitado. Neste estudo, teve-
se como objetivo avaliar a ação inibidora de extratos de casca de café (coffee husk) na
corrosão metálica do aço carbono 1020 em meio de HCl. Para tal, utilizou-se de 2
principais tipos de extratos: o aquoso da casca do café (1); e a fração de alto peso
molecular do extrato aquoso da casca do café (2). Para análise da eficiência de inibição,
utilizou-se de ensaio gravimétrico, polarização potenciodinâmica e espectroscopia de
impedância eletroquímica. Pôde-se observar que no ensaio gravimétrico de perda de
massa, a eficiência de inibição (EI) aumentou com a concentração dos extratos e com o
tempo de imersão, sendo o extrato 2 a ter apresentado maior EI, com EI máxima de 92%
com 400 mg L-1, num tempo de 24 h. Com a variação da temperatura para esse ensaio,
pôde-se observar que a EI do extrato 1 pouco variou, enquanto que a do extrato 2
aumentou com a temperatura, caracterizando uma adsorção química. Já pela polarização
potenciodinâmica, os resultados indicaram que esses dois extratos atuam como
inibidores de adsorção. Além disso, ambos os extratos apresentaram inibição
predominantemente catódica. Com os ensaios de espectroscopia de impedância
eletroquímica, pôde-se observar que para extratos 1 e 2 houve um comportamento que
pode ser atribuindo à adsorção de substâncias do extrato na interface metal/meio
corrosivo. A partir destes resultados, pode-se concluir que os componentes de alto peso
molecular, como proteínas e polissacarídeos, são os responsáveis pela ação
anticorrosiva na casca de café. Por fim, testou-se também o efeito da torra do café
(extrato 3) na EI, o que não gerou melhores resultados que o extrato 2, levando à
conclusão que não há necessidade de tratamento térmico para o uso desse extrato
natural.
SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO .................................................................................................................... 12
1.1. Aço carbono e corrosão ................................................................................................. 12
1.2. Inibidores de corrosão .................................................................................................... 12
1.3. Inibidores naturais de corrosão ...................................................................................... 12
1.4. Casca do café ................................................................................................................. 17
1.5. Técnicas eletroquímicas ................................................................................................. 18
1.5.1. Curvas de polarização potenciodinâmica ................................................................ 18
1.5.2. Espectroscopia de Impedância Eletroquímica (EIS) ............................................... 19
1.6. Adsorção ........................................................................................................................ 21

2. OBJETIVOS ......................................................................................................................... 22
2.1. Objetivo geral ................................................................................................................ 22
2.2. Objetivo específicos ....................................................................................................... 22

3. MATERIAS E MÉTODOS .................................................................................................. 22
3.1. Obtenção do extrato aquoso da casca do café (extrato 1) .............................................. 22
3.2. Obtenção da fração de alto peso molecular do extrato aquoso da casca do café
(extrato 2) .............................................................................................................................. 23
3.3. Obtenção da fração de alto peso molecular do extrato aquoso da casca do café
previamente torrada (extrato 3) ............................................................................................. 23
3.4. Meio corrosivo ............................................................................................................... 24
3.5. Ensaios Eletroquímicos .................................................................................................. 24
3.5.1. Curvas de polarização potenciodinâmica: ............................................................... 25
3.5.2. Espectroscopia de Impedância Eletroquímica (EIS) ............................................... 26
3.6. Ensaios Gravimétricos ................................................................................................... 27

4. RESULTADOS E DISCUSSÃO ......................................................................................... 29
4.1. Análise do extrato aquoso da casca do café (extrato 1). ................................................ 29
4.1.1.Ensaios gravimétricos em diferentes concentrações e tempos de imersão. ............. 29
4.1.2. Ensaios gravimétricos variando a temperatura........................................................ 31
4.1.3. Curvas de polarização potenciodinâmicas. ............................................................. 32
4.1.4. Ensaios de espectroscopia de impedância eletroquímica. ....................................... 33
4.2. Análise da fração de alto peso molecular do extrato aquoso da casca do café
(extrato 2). ............................................................................................................................. 35
4.2.1.Ensaios gravimétricos em diferentes concentrações e tempos de imersão. ............. 35
4.2.2. Ensaios gravimétricos variando a temperatura........................................................ 36
4.2.3. Curvas de polarização potenciodinâmicas. ............................................................. 37
4.2.4. Ensaios de espectroscopia de impedância eletroquímica. ....................................... 39
4.3. Prévia de análise da fração de alto peso molecular do extrato aquoso da casca do
café previamente torrada (extrato 3). .................................................................................... 41
4.3.1.Ensaios gravimétricos em diferentes concentrações e tempos de imersão. ............. 41

5. CONCLUSÕES .................................................................................................................... 42

6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................. 43
LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Ilustração das camadas presente no grão do café ...................................................... 17
Figura 2. Representação do diagrama de Nyquist de um ensaio de EIS .................................. 20
Figura 3. Liofilizador LioTop L101 utilizado na obtenção dos extratos .................................. 24
Figura 4. a) Casca do café b) Casca do café torrada................................................................. 24
Figura 5. a) Visão superior b) Visão inferior da cuba eletroquímica utilizada para os
ensaios eletroquímicos .............................................................................................................. 25
Figura 6. Potenciostato modelo Autolab modelo PGSTAT 128N da Metrohm ....................... 25
Figura 7. Extrapolação das retas de Tafel utilizando o programa GPES, apresentando os
parâmetros eletroquímicos ........................................................................................................ 26
Figura 8. Análise de um diagrama de Nyquist utilizando o programa FRA, apresentando
os dados eletroquímicos, calculados automaticamente ............................................................ 27
Figura 9. Politriz da marca Arotec, modelo Aropol 2V ........................................................... 28
Figura 10.Sistema de aquecimento para ensaios gravimétricos variando a temperatura ......... 29

Figura 11. Gráfico de Arrhenius para o aço carbono 1020 na ausência e na presença de
200 mg L-1 de extrato 1 em solução de HCl 1 mol L-1, em função da taxa de corrosão,
em diferentes temperaturas, durante 2 horas de imersão ......................................................... 32
.
Figura 12. Curva de polarização potenciodinâmica obtida para o aço carbono 1020 na
presença e na ausência de diferentes concentrações de extrato 1 em solução de HCl 1
mol L-1 ...................................................................................................................................... 34
.
Figura 13. Diagrama de Nyquist obtido para o aço carbono 1020 na presença e na
ausência de diferentes concentrações do extrato 1 em solução de HCl 1 mol L-1 ................... 35
.
Figura 14. Isoterma de Langmuir realizada a partir dos ensaios de EIS, utilizando-se
diferentes concentrações do extrato 1 em solução de HCl 1 mol L-1 ...................................... 35
.
Figura 15. Gráfico de Arrhenius para o aço carbono 1020 na ausência e na presença de
200 mg L-1 do extrato 2 em solução de HCl 1 mol L-1, em função da taxa de corrosão,
em diferentes temperaturas, durante 2 horas de imersão ......................................................... 38
.
Figura 16. Curva de polarização potenciodinâmica obtida para o aço carbono 1020 na
presença e na ausência de diferentes concentrações do extrato 2 em solução de HCl 1
mol L-1 ...................................................................................................................................... 39
.
Figura 17. Diagrama de Nyquist obtido para o aço carbono 1020 na presença e na
ausência de diferentes concentrações do extrato 2 em solução de HCl 1 mol L-1 ................... 41
.
Figura 18. Isoterma de Langmuir realizada a partir dos ensaios de EIS, utilizando-se
diferentes concentrações do extrato 2 em solução de HCl 1 mol L-1....................................... 41
.